JPH06270695A - 電力供給装置 - Google Patents

電力供給装置

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JPH06270695A
JPH06270695A JP25796893A JP25796893A JPH06270695A JP H06270695 A JPH06270695 A JP H06270695A JP 25796893 A JP25796893 A JP 25796893A JP 25796893 A JP25796893 A JP 25796893A JP H06270695 A JPH06270695 A JP H06270695A
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JP
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capacitor
battery
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voltage
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Application number
JP25796893A
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English (en)
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Masao Ando
正夫 安藤
Ee Furanku Andoriyuu
エー フランク アンドリュー
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Aisin AW Co Ltd
Original Assignee
Aisin AW Co Ltd
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S388/00—Electricity: motor control systems
    • Y10S388/907—Specific control circuit element or device
    • Y10S388/917—Thyristor or scr
    • Y10S388/92—Chopper

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】負荷の必要最大電力を満たすことができ、しか
も、電力供給源の寿命を長くすることができる電力供給
装置を提供する。 【構成】第１の内部抵抗１０４を有する電力供給源と、
電力が供給される負荷と、前記電力供給源と並列に接続
されるとともに第２の内部抵抗１１４を有するキャパシ
タ１１２とを有するとともに、前記第１の内部抵抗１０
４の抵抗値Ｒ i Ｂａｔに対する第２の内部抵抗１１４の
抵抗値Ｒi Ｃの比を１より小さくする。キャパシタ１１
２は負荷の必要最大電力を満たすことができ、これに対
して電力供給源は通常の作動モードにおいて単にキャパ
シタ１１２を充電するだけでよいので、電力供給源の寿
命を長くすることができる。電気モータを駆動する際に
電力供給源は小電力供給状態になり、航続距離を長くす
ることができ、大電力供給状態においてはキャパシタ１
１２によって車両を急加速させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電源から負荷に電力を
供給するための電力供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、すべての電気系においては、単位
時間当たりに消費される電力は装置を設計する場合の制
限要素となる。例えば、１秒間だけ５０〔ｋＷ〕の電力
が消費され、それ以外の時間はわずかに１〔ｋＷ〕の電
力が消費されるような装置を設計する場合、１〔ｋＷ〕
の電力が消費される状態は小電力供給状態になり、５０
〔ｋＷ〕の最大の電力が消費される状態は大電力供給状
態になる。したがって、このような装置を設計するに当
たり、大電力供給状態に適する電気要素を使用しなけれ
ばならない。
【０００３】前述したような、二つの電力供給状態を有
する典型的な装置としてモータ制御装置がある。該モー
タ制御装置の場合、モータの加速時（例えば、モータ始
動時）には大電力供給状態になる。また、モータ制御装
置のほか、Ｘ線装置や電気加熱式触媒装置なども二つの
電力供給状態を有し、例えば、自動車の触媒コンバータ
に使用される前記電気加熱式触媒装置においては、連続
した電力供給状態では作動させることができない。
【０００４】いずれの場合も、装置全体（すなわち、装
置を構成するすべての電気要素）が大電力供給状態に適
するように設計されなければならない。ところで、いす
ず自動車株式会社にその発明が譲渡された米国特許第
５，０４１，７７６号明細書には、自動車に使用された
電力供給装置が開示され、この場合、エンジン始動モー
タのような負荷に電力を供給するためにバッテリとキャ
パシタが並列に接続され、該キャパシタに電力が蓄えら
れるようになっている。
【０００５】また、米国特許第５，１５５，３７３号明
細書、米国特許第５，１５５，３７４号明細書及び米国
特許第５，１４６，０９５号明細書には、いすず自動車
株式会社に譲渡された類似の発明が開示されている。例
えば、米国特許第５，１５５，３７４号明細書において
は、エンジン始動時にバッテリとキャパシタを直列に接
続することによって、エンジン始動モータに印加される
電圧を高くするようにしている。そのために複雑な回路
が形成され、前記キャパシタは所定の比率で充電され
る。この場合、バッテリとキャパシタが直列に接続され
るので、エンジン始動モータに印加される電圧は２倍高
くなり、その分、バッテリの容量を小さくすることがで
きる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の電力供給装置においては、例えば、電気自動車を加
速する場合など、負荷に大電流を急激に流すとメモリ効
果によってバッテリからの電流が流れにくくなる。ま
た、負荷に大電流を繰り返し流すと、バッテリの電極を
著しく劣化させてしまう。
【０００７】そこで、負荷を均一にしてバッテリからの
電流を制限すると、その分加速性が低下してしまう。こ
のように、負荷の必要最大電力を満たすことができず、
また、電力供給源の寿命を短くしてしまう。本発明は、
前記従来の電力供給装置の問題点を解決して、負荷の必
要最大電力を満たすことができ、しかも、電力供給源の
寿命を長くすることができる電力供給装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の電
力供給装置においては、第１の内部抵抗を有する電力供
給源と、該電力供給源から電力が供給される負荷と、前
記電力供給源と並列に接続されるとともに第２の内部抵
抗を有するキャパシタとを有するとともに、前記第１の
内部抵抗の抵抗値に対する第２の内部抵抗の抵抗値の比
を１より小さくしている。
【０００９】本発明の他の電力供給装置においては、電
力供給源と、該電力供給源から電力が供給される負荷
と、前記電力供給源と並列に接続されたキャパシタと、
電力供給源とキャパシタの間に配設され、電力供給源か
ら流れる電流を制限する電流制限手段とを有する。本発
明の更に他の電力供給装置においては、電力供給源と、
該電力供給源から電力が供給される負荷と、前記電力供
給源と並列に接続されたキャパシタと、電力供給源とキ
ャパシタの間に配設され、キャパシタの電圧を電力供給
源の電圧より高くする電圧変換手段とを有する。
【００１０】
【作用及び発明の効果】本発明によれば、前記のように
電力供給装置は、第１の内部抵抗を有する電力供給源
と、該電力供給源から電力が供給される負荷と、前記電
力供給源と並列に接続されるとともに第２の内部抵抗を
有するキャパシタとを有するとともに、前記第１の内部
抵抗の抵抗値に対する第２の内部抵抗の抵抗値の比を１
より小さくしている。
【００１１】したがって、キャパシタは負荷の必要最大
電力を満たすことができ、これに対して電力供給源は通
常の作動モードにおいて単にキャパシタを充電するだけ
でよいので、電力供給源の寿命を長くすることができ
る。その結果、電力供給装置によって車両用の電気モー
タを駆動する際に電力供給源は小電力供給状態になり、
車両を連続的に走行させた場合の航続距離を長くするこ
とができ、大電力供給状態においてはキャパシタによっ
て車両を急加速させることができる。
【００１２】本発明の他の電力供給装置においては、電
力供給源と、該電力供給源から電力が供給される負荷
と、前記電力供給源と並列に接続されたキャパシタと、
電力供給源とキャパシタの間に配設され、電力供給源か
ら流れる電流を制限する電流制限手段とを有する。この
場合、キャパシタは負荷の必要最大電力を満たすことが
でき、これに対して電力供給源は制限された電流によっ
てキャパシタを充電する。
【００１３】本発明の更に他の電力供給装置において
は、電力供給源と、該電力供給源から電力が供給される
負荷と、前記電力供給源と並列に接続されたキャパシタ
と、電力供給源とキャパシタの間に配設され、キャパシ
タの電圧を電力供給源の電圧より高くする電圧変換手段
とを有する。この場合、キャパシタの電圧が電力供給源
の電圧より高いので、電力供給源から流れる電流が制限
される。したがって、キャパシタは負荷の必要最大電力
を満たすことができ、これに対して電力供給源は制限さ
れた電流によってキャパシタを充電する。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例に
おける電力供給装置の回路図である。図において、１０
０は負荷に電力を供給するための電力供給装置であり、
該電力供給装置１００は電力供給源としてのバッテリ１
０２を有する。該バッテリ１０２は抵抗値がＲi Ｂａｔ
の第１の内部抵抗１０４を有する。本実施例において
は、前記電力供給源としてバッテリ１０２が使用され
る。
【００１５】また、前記電力供給装置１００はバッテリ
１０２と並列に接続されたキャパシタ１１２を有し、該
キャパシタ１１２は抵抗値がＲi Ｃの第２の内部抵抗１
１４を有する。さらに、前記電力供給装置１００はバッ
テリ１０２によって駆動される駆動手段１０６を有す
る。本実施例において、該駆動手段１０６は電気的な負
荷として直流モータ１０８を有する。前記駆動手段１０
６は機械的な負荷も有し、機械的な負荷によって、例え
ば、回生／制動モード時に駆動手段１０６によって発生
させられた電力を使用してキャパシタ１１２を充電する
ことができる。
【００１６】本実施例においては、キャパシタ１１２を
充電するために、フライホイール１１０又は質量の慣性
速度のような運動エネルギを蓄積する他の装置が配設さ
れる。前記フライホイール１１０を駆動する直流モータ
１０８は回生／制動モード時に発電機となって逆方向の
回生電流を前記キャパシタ１１２に流す。また、前記電
力供給装置１００には、キャパシタ１１２から駆動手段
１０６に流れる電流を調整するための電流調整手段とし
て、パルス幅調整（ＰＷＭ）コントローラ１１６が配設
される。該パルス幅調整コントローラ１１６は、前記キ
ャパシタ１１２と駆動手段１０６の間に直列に接続さ
れ、制御入力１１８に対応させて電源のパルス幅を調整
する。例えば、前記直流モータ１０８が車両用の電気モ
ータである場合、前記パルス幅調整コントローラ１１６
はアクセル制御ペダル１２０の位置などのユーザ指令入
力に比例し、制御される。
【００１７】このように、並列に接続された前記バッテ
リ１０２及びキャパシタ１１２を使用することによっ
て、変化する負荷条件に対応させて直流モータ１０８を
駆動することができる。例えば、前記直流モータ１０８
が車両用の電気モータである場合、電力供給装置１００
は通常の小電力供給状態の低負荷条件で前記直流モータ
１０８を駆動することができるとともに、車両を加速し
て大電力供給状態の高負荷条件で前記直流モータ１０８
を駆動することができる。
【００１８】そして、電力供給装置１００において並列
に接続されたバッテリ１０２とキャパシタ１１２の各内
部抵抗１０４，１１４の関係をあらかじめ設定しておく
ことによって、小電力供給状態及び大電力供給状態のい
ずれにおいても電力を効率良く負荷に供給することがで
きる。すなわち、バッテリ１０２とキャパシタ１１２の
各内部抵抗１０４，１１４の関係を設定すると、電力供
給装置１００によって駆動される駆動手段１０６の必要
最大電力をキャパシタ１１２によって満たすことができ
るので、バッテリ１０２の必要最大電力をその分小さく
することができる。この場合、前記バッテリ１０２の第
１の機能は平均的な電流をキャパシタ１１２に流して充
電することになる。
【００１９】前述したように、前記パルス幅調整コント
ローラ１１６はアクセル制御ペダル１２０に応答するよ
うに直流モータ１０８に流れる電流を調整する。そし
て、大電力供給状態の低負荷条件においては、端子間電
圧が低下するまで抵抗値Ｒi Ｃが比較的小さいキャパシ
タ１１２から負荷に大電流が流れる。前記キャパシタ１
１２が負荷に大電流を流すことができる時間は、キャパ
シタ１１２のデューティサイクルによって決まる。した
がって、該デューティサイクルに対応して、キャパシタ
１１２が必要最大電力を負荷に供給することができるよ
うに電力供給装置１００が設計される。
【００２０】ところで、バッテリ１０２とキャパシタ１
１２を並列に接続することは従来より行われているが、
十分な電力を負荷に供給するために内部抵抗１０４，１
１４の抵抗値Ｒi Ｂａｔ，Ｒi Ｃが所定の関係に設定さ
れたものはない。本発明において、図１に示すような電
力供給装置１００を効率良く運転するためには、バッテ
リ１０２とキャパシタ１１２の各内部抵抗１０４，１１
４の関係を設定する必要があることが分かる。
【００２１】例えば、車両用の電気モータを駆動する場
合、キャパシタ１１２の内部抵抗１１４の抵抗値Ｒi Ｃ
をバッテリ１０２の内部抵抗１０４の抵抗値Ｒi Ｂａｔ
の０．３倍より小さくする。すなわち、バッテリ１０２
の内部抵抗１０４とキャパシタ１１２の内部抵抗１１４
の関係を設定し、内部抵抗１０４の抵抗値Ｒi Ｂａｔと
内部抵抗１１４の抵抗値Ｒi Ｃの比が０．３より大きく
ならないようにしてある。
【００２２】このようにバッテリ１０２の内部抵抗１０
４の抵抗値Ｒi Ｂａｔとキャパシタ１１２の内部抵抗１
１４の抵抗値Ｒi Ｃの比を設定することによって、キャ
パシタ１１２は負荷の必要最大電力を満たすことがで
き、これに対してバッテリ１０２は通常の作動モードに
おいて単にキャパシタ１１２を充電するだけでよい。と
ころで、例えば、車両用の電気モータを駆動する場合、
車両を連続的に走行させると電気モータは小電力供給状
態になる。本発明によれば、電力供給源を有する小型の
電力供給装置１００を使用して、小電力供給状態で車両
を連続的に走行させた場合の航続距離を長くすることが
できる。さらに、大電力供給状態において電力供給装置
１００によって供給することができる最大電力を大きく
することができ、例えば、キャパシタ１１２から大電流
を電気モータに流して車両を急加速させることができ
る。
【００２３】本実施例においては、抵抗値Ｒi Ｃが比較
的小さいキャパシタ１１２と抵抗値Ｒi Ｂａｔが比較的
大きいバッテリ１０２が共に使用されるので、バッテリ
１０２は負荷の必要最大電力を満たす必要がなくなる。
そして、回生電流は抵抗値Ｒ i Ｃが比較的小さいキャパ
シタ１１２を充電するので、回生手段から流れる電流に
よってバッテリ１０２が破損することがない。また、バ
ッテリ１０２だけでなく、バッテリ１０２とキャパシタ
１１２の間の電気要素を負荷の必要最大電力を満たすよ
うに設計する必要がない。さらに、負荷の必要最大電力
を満たすとともにキャパシタ１１２に流れる回生電流を
調整するための複雑な回路が不要になる。
【００２４】このようにして、電力供給装置１００の全
体の寸法を大幅に小さくすることができる。そして、本
実施例においては、大電力を供給するためのキャパシタ
１１２、直流モータ１０８及びパルス幅調整コントロー
ラ１１６を高電圧・大電流用の電気要素と共に一体の図
示しないパッケージ内に収容することができる。ところ
で、前記電力供給装置１００においては各種のキャパシ
タ１１２を使用することができる。例えば、従来の筒状
キャパシタ（ＴＥＣ）を使用することができ、０．０１
〔Ｆ〕の容量の筒状キャパシタを使用した場合、抵抗値
Ｒi Ｃは２５〔ｍΩ〕になる。このようなキャパシタ１
１２を使用することによって、電力供給装置１００の耐
久性を向上させることができ、しかも、最大電力を平均
の電力の５０〔％〕より大きくすることができる。
【００２５】しかし、大容量のウルトラキャパシタなど
に比較すると前記筒状キャパシタは、容量を等しくする
と寸法が大きくなる。したがって、電力供給装置１００
の寸法に制約がある場合には前記筒状キャパシタは適切
ではない。これに対して、前記ウルトラキャパシタは、
従来の筒状キャパシタより小型で軽量である。したがっ
て、電力供給装置１００の寸法に制約がある場合にはウ
ルトラキャパシタが適切である。この場合、抵抗値Ｒi
Ｃが小さいウルトラキャパシタを使用することが好まし
いが、典型的なウルトラキャパシタは、筒状キャパシタ
より抵抗値ＲiＣは大きく、電力を供給する上で前記筒
状キャパシタと等価な０．０１〔Ｆ〕の容量のウルトラ
キャパシタを使用すると、抵抗値Ｒi Ｃは７〔Ω〕にな
る。
【００２６】このように、抵抗値Ｒi Ｃが比較的大きい
ウルトラキャパシタを使用すると、負荷の必要最大電力
をキャパシタ１１２から供給するようにした電力供給装
置１００の能力が低下してしまう。この場合、バッテリ
１０２から流れる電流が多くなり、該電流はバッテリ１
０２及びキャパシタ１１２の内部抵抗１０４，１１４の
抵抗値Ｒi Ｂａｔ，Ｒi Ｃの関数となる。そして、キャ
パシタ１１２の内部抵抗１１４の抵抗値Ｒi Ｃがバッテ
リ１０２の内部抵抗１０４の抵抗値Ｒi Ｂａｔに近い
か、又は抵抗値Ｒi Ｂａｔを超えると、回生手段によっ
て発生させられた回生電流の最大値によってバッテリ１
０２が破損してしまう。
【００２７】そこで、抵抗値Ｒi Ｃが比較的大きいウル
トラキャパシタを使用した場合においてウルトラキャパ
シタの影響を緩和することができる電力供給装置１００
について説明する。この場合、例えば、電力供給装置１
００の出力電力が制御される。第２の実施例において
は、平均電流制御装置及びキャパシタの端子間電圧を電
力供給源の電源電圧と等しくするための手段が配設さ
れ、電力供給源から流れる電流を電流制限値になるよう
に制限する。また、第３の実施例においては、電力供給
装置はスーパーチャージコントローラを有し、キャパシ
タの端子間電圧をバッテリの電源電圧より高くする手段
を有する。第２、第３の実施例においては、キャパシタ
の内部抵抗の抵抗値がバッテリの内部抵抗の抵抗値より
大きいことによる不利益な影響をなくすことができるの
で、従来の筒状キャパシタ及びウルトラキャパシタのど
ちらも使用することができる。しかし、寸法及び重量に
制約がある場合には電力供給源と並列に接続されたウル
トラキャパシタを使用するのが好ましい。
【００２８】図２は本発明の第２の実施例における電力
供給装置の回路図である。図２において、２００は電力
供給装置、２０２は内部抵抗２０４を有するバッテリ、
２０６は内部抵抗２０８を有し、バッテリ２０２と並列
に接続されたウルトラキャパシタから成るキャパシタで
ある。本実施例においては、バッテリ２０２の内部抵抗
２０４の抵抗値Ｒi Ｂａｔに対するキャパシタ２０６の
内部抵抗２０８の抵抗値Ｒi Ｃの比を０．３より小さく
しても、例えば、１又は２のように大きくしてもよい。
【００２９】さらに、前記電力供給装置２００はバッテ
リ２０２によって駆動される負荷としての駆動手段２１
０を有し、該駆動手段２１０は直流モータ２１２及び回
生手段２１４から成る。該回生手段２１４はバッテリ２
０２を回生するための回生電流を調整する回生器コント
ローラ２１６を有し、該回生器コントローラ２１６は回
生設定２１８に対応させて制御される。そして、例え
ば、前記直流モータ２１２が車両用の電気モータである
場合、前記回生設定２１８はブレーキペダル２２０の位
置に比例させられる。
【００３０】第２の実施例において電力供給装置２００
は、第１の実施例と同様にキャパシタ２０６から流れる
電流を調整する手段を有する。例えば、キャパシタ２０
６から駆動手段２１０に流れる電流を調整するための電
流調整手段として、パルス幅調整コントローラ２２２が
配設される。該パルス幅調整コントローラ２２２は、前
記キャパシタ２０６と駆動手段２１０の間に直列に接続
される。
【００３１】そして、前記パルス幅調整コントローラ２
２２は電流をスイッチングするトランジスタを有し、制
御入力２２４に対応させてパルス幅を調整する。例え
ば、前記駆動手段２１０が車両用の電気モータである場
合、パルス幅調整コントローラ２２２はアクセル制御ペ
ダル２２６の位置に比例して調整される。また、前記電
力供給装置２００は、電流制限手段を有し、該電流制限
手段によってキャパシタ２０６の端子間電圧が電力供給
源、例えば、バッテリ２０２の電源電圧と等しくなるよ
うに維持される。このようにして、電力供給源から流れ
る電流を電流制限値より小さくなるように制限すること
ができる。この場合、前記電流制限手段は、電力供給源
から流れる電流をスイッチングするスイッチング手段と
してのチョッパ２２８を有する。該チョッパ２２８は、
パルス幅調整コントローラ２２２と同様に一つ以上のト
ランジスタなどのスイッチング素子から成り、バッテリ
２０２からキャパシタ２０６に流れる電流を制限する。
【００３２】さらに、前記電流制限手段は、可変設定２
３０のような電流制限値を設定するための手段を有し、
また、前記スイッチング手段によって発生させられた電
力を監視するとともに、電力供給源を監視するための監
視手段を有する。そして、該監視手段は、例えば、前記
チョッパ２２８が出力した電流を監視するための電流計
２３２、前記キャパシタ２０６の端子間電圧を監視する
ための第１の電圧計２３４及び前記バッテリ２０２の電
源電圧を監視するための第２の電圧計２３６から成る。
【００３３】このように、前記チョッパ２２８を使用す
ることによって、バッテリ２０２の抵抗値Ｒi Ｂａｔよ
り抵抗値Ｒi Ｃが大きいキャパシタ２０６を、バッテリ
２０２と並列に接続することが可能になる。すなわち、
前記チョッパ２２８はバッテリ２０２から流れる電流を
制限するので、キャパシタ２０６はチョッパ２２８のオ
フ時間に負荷の必要最大電力を満たすことができる。そ
して、前記チョッパ２２８のオン時間においては、バッ
テリ２０２の電流はキャパシタ２０６及び駆動手段２１
０に流され、キャパシタ２０６を充電する。また、チョ
ッパ２２８のオフ時間においては、キャパシタ２０６の
端子間電圧がバッテリ２０２の電源電圧より低くなり、
チョッパ２２８がオンになるとキャパシタ２０６は制限
された電流によって充電され、端子間電圧がバッテリ２
０２の電源電圧と等しくなる。
【００３４】そして、前記チョッパ２２８を制御する制
御手段としてコントローラ２３８が配設され、該コント
ローラ２３８に電流計２３２、第１の電圧計２３４及び
第２の電圧計２３６の検出値、並びに可変設定２３０が
入力される。また、前記コントローラ２３８は検出値及
び可変設定２３０に基づいてチョッパ２２８を制御し、
電流増幅値及びデューティ比の少なくとも一方を調整す
る。
【００３５】本実施例において前記コントローラ２３８
は、第２の電圧計２３６によって検出されたバッテリ２
０２の電源電圧及び第１の電圧計２３４によって検出さ
れたキャパシタ２０６の端子間電圧の差に基づいてチョ
ッパ２２８をオン・オフさせるようにしている。そし
て、チョッパ２２８がオンになると、前記コントローラ
２３８は可変設定２３０と電流計２３２の検出値の差に
基づいて電流を制限する。
【００３６】前記チョッパ２２８をトランジスタ、ＦＥ
Ｔ、ＳＣＲ等の単一のスイッチで構成した場合、コント
ローラ２３８内において前記バッテリ２０２の電源電圧
とキャパシタ２０６の端子間電圧の差を比較することに
よって前記スイッチはオン・オフさせられる。そして、
前記バッテリ２０２の電源電圧とキャパシタ２０６の端
子間電圧の差が最大電圧設定値より大きくなると、電流
制限手段がオンにされる。
【００３７】また、バッテリ２０２の電源電圧とキャパ
シタ２０６の端子間電圧の差が最大電圧設定値より小さ
く最小電圧設定値より大きい場合には、電流制限手段が
オフにされる。ユーザが前記可変設定２３０として電流
制限値を入力すると、バッテリ２０２の寿命を長くする
ことができるが、この場合、電力が供給されて駆動され
る直流モータ２１２の特性も前記電流制限値の影響を受
ける。すなわち、電流制限値を小さくすると、キャパシ
タ２０６の充電率が低くなり、小電力供給状態で作動時
間を長くしなければならない。一方、電流制限値を大き
くすると、キャパシタ２０６の充電率が高くなり、大電
力供給状態における使用頻度が高くなるが、その分、バ
ッテリ２０２に与えられる負荷が大きくなる。
【００３８】前記チョッパ２２８がオンの間、バッテリ
２０２からキャパシタ２０６に電流が流れるが、その時
の電流の振幅は前記可変設定２３０によって設定される
電流制限値に制限される。そして、電流制限値を小さく
設定すると、車両の最高速度が制限され、一方、電流制
限値を大きく設定すると、車両の最高速度を高くするこ
とができる。この場合、その分、バッテリ２０２の寿命
は短くなる。
【００３９】前記コントローラ２３８はチョッパ２２８
を制御してオン・オフさせ、デューティ比を調整する。
本実施例においては、チョッパ２２８のデューティ比が
コントローラ２３８によって調整されて２２〔ｋＨｚ〕
にされるが、他のあらゆる制御技術を使用して負荷に対
する出力を調整することもできる。ところで、前記直流
モータ２１２が加速されると、キャパシタ２０６は直流
モータ２１２に大電力を供給する。この時、チョッパ２
２８はコントローラ２３８によって制御されて、バッテ
リ２０２からキャパシタ２０６に流れる電流を制限す
る。これに対して、直流モータ２１２を減速すると、発
電によってキャパシタ２０６の端子間電圧が上昇する。
これによって、バッテリ２０２が急速に充電されるとバ
ッテリ２０２の寿命は短くなってしまう。
【００４０】そこで、バッテリ２０２とチョッパ２２８
の間にダイオード２４０が直列に接続され、バッテリ２
０２からチョッパ２２８に向かう電流だけを流すように
なっている。すなわち、キャパシタ２０６の端子間電圧
がバッテリ２０２の電源電圧より低くなってチョッパ２
２８がオンになった時だけ、バッテリ２０２からダイオ
ード２４０を介してキャパシタ２０６に電流が流れる。
【００４１】そして、回生／制動モード時においては、
回生器コントローラ２１６からの電力によってキャパシ
タ２０６のみが充電される。前記回生器コントローラ２
１６は、回生／制動モード時において大電流を制限して
バッテリ２０２を充電する。したがって、バッテリ２０
２が破損することがない。なお、図示しない他の充電回
路を使用し、例えば、回生器コントローラ２１６の最大
電力より小さい電力によってバッテリ２０２を充電する
ようにしてもよい。
【００４２】また、本実施例においては、パルス幅調整
コントローラ２２２及び回生器コントローラ２１６とし
て、例えば、公知のサーボシステムズ社のものが使用さ
れる。前記パルス幅調整コントローラ２２２において
は、アクセル制御ペダル２２６の作用によってパルス幅
が調整され、直流モータ２１２の加速制御を行うことが
できる。
【００４３】しかし、直流モータ２１２の速度制御が必
要な場合には、直流モータ２１２からの速度フィードバ
ック信号が制御入力２２４にフィードバックされ、偏差
信号が求められる。この場合、前記パルス幅調整コント
ローラ２２２は比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントロー
ラで構成され、該比例・積分・微分コントローラが前記
偏差信号を受ける。該比例・積分・微分コントローラは
公知のものが使用され、偏差信号に応答して閉ループ動
作によって、前記パルス幅調整コントローラ２２２に電
流入力が入力される。
【００４４】さらに、本実施例においては、電流制限値
が設定値として使用されるが、他の設定値を使用するこ
ともでき、例えば、電力制限値を設定値として使用する
こともできる。次に、本発明の第３の実施例について説
明する。この場合、キャパシタとしてウルトラキャパシ
タが使用され、電力供給装置はスーパーチャージコント
ローラを有し、キャパシタの端子間電圧がバッテリの電
源電圧より高くなるように充電する。
【００４５】図３は本発明の第３の実施例における電力
供給装置の回路図である。図において、３００は電力供
給装置であり、該電力供給装置３００は電力供給源及び
該電力供給源によって駆動される駆動手段から成る。ま
た、３０２は内部抵抗３０４を有するバッテリ、３０６
は内部抵抗３０８を有し、バッテリ３０２と並列に接続
されたキャパシタである。該キャパシタ３０６は第２の
実施例と同様にウルトラキャパシタから成る。また、本
実施例においても同様に、バッテリ３０２の内部抵抗３
０４の抵抗値Ｒi Ｂａｔに対するキャパシタ３０６の内
部抵抗３０８の抵抗値Ｒi Ｃの比は０．３より小さくし
ても、大きくしてもよい。
【００４６】さらに、前記駆動手段は直流モータ３１０
や回生手段３１２などの負荷を有し、該回生手段３１２
は前記直流モータ３１０の軸と連結されたフライホイー
ル３１４を有する。また、前記回生手段３１２はコイル
３１８及び電界制御装置３２０を備えた発電機３１６を
有し、前記電界制御装置３２０は制御入力３２２に対応
して制御される。
【００４７】そして、充電手段はバッテリ３０２からキ
ャパシタ３０６に流れる電流を制限するためのダイオー
ド３４２を有する。また、該ダイオード３４２は回生／
制動モード時に発生させられた電流がバッテリ３０２に
流れてバッテリ３０２が破損するのを防止する。本実施
例において、前記直流モータ３１０は車両用の電気モー
タであり、前記制御入力３２２はブレーキペダル３２４
の位置に対応させて調整される。また、回生手段３１２
からキャパシタ３０６に流れる電流を制限するためにユ
ーザによって操作されるスイッチ３２６が配設され、キ
ャパシタ３０６によって直流モータ３１０が駆動されて
いる間に電流が流れないようになっている。
【００４８】第３の実施例において電力供給装置３００
は、第１、第２の実施例と同様にキャパシタ３０６から
流れる電流を調整する手段を有する。そのため、第１、
第２の実施例と同様に、キャパシタ３０６から駆動手段
に流れる電流を調整するための電流調整手段として、パ
ルス幅調整コントローラ３３０が配設される。該パルス
幅調整コントローラ３３０は制御入力３３２に対応させ
てパルス幅を調整する。
【００４９】例えば、前記直流モータ３１０が車両用の
電気モータである場合、前記制御入力３３２はアクセル
制御ペダル３３４の位置に比例させられる。そして、前
記パルス幅調整コントローラ３３０は第１、第２の実施
例と同様に作動させられる。なお、前記パルス幅調整コ
ントローラ３３０は図示しない比例・積分・微分コント
ローラを有することができ、その場合、第２の実施例と
同様に直流モータ３１０の速度フィードバック信号を受
けて回転速度を調整する。
【００５０】また、前記電力供給装置３００はキャパシ
タ３０６をスーパーチャージするための充電手段を有
し、該充電手段によってキャパシタ３０６の端子間電圧
は電力供給源、例えば、バッテリ３０２の電源電圧より
高くされる。この場合、キャパシタ３０６をバッテリ３
０２から流れる電流によって充電するようになっている
が、回生／制動モード時における回生電流によって充電
することもできる。
【００５１】前記充電手段はバッテリ３０２から流れる
電流によってキャパシタ３０６を充電するために使用さ
れる。そして、充電手段は、バッテリ３０２の直流電圧
を交流電圧に逆変換し、該交流電圧を直流電圧に変換し
てパルス幅調整コントローラ３３０に入力するための電
圧変換手段を有する。本実施例においては、該電圧変換
手段としてインバータ３３６が配設される。
【００５２】該インバータ３３６には電流制限値に対応
する制御入力３３８が入力され、前記電流制限値によっ
てキャパシタ３０６の充電率が制御される。この場合、
第２の実施例と同様に電流制限値を大きく設定すると、
比較的急速にキャパシタ３０６を充電することができ
る。そして、比較的長時間にわたり、大きなトルク又は
高速回転で直流モータ３１０を駆動することができる。
なお、３４０は制御入力３３８を設定するための設定器
である。
【００５３】一方、電流制限値を小さく設定すると、キ
ャパシタ３０６がフル充電状態にまで充電される充電率
を小さくすることができる。また、電流制限値を小さく
設定すると、直流モータ３１０の運転状態を安定化する
ことができるが、直流モータ３１０を駆動するための電
力は制限される。しかしながら、バッテリ３０２の寿命
を長くすることができる。
【００５４】本実施例において、前記直流モータ３１０
が電気自動車に使用される場合、前記インバータ３３６
はアクセル制御ペダル３３４の位置に比例する制御入力
３３２に対応させて制御される。そして、前記インバー
タ３３６を制御することによって、キャパシタ３０６の
端子間電圧がバッテリ３０２の電源電圧より高くなるよ
うにキャパシタ３０６を充電することができる。バッテ
リ３０２の電源電圧とキャパシタ３０６の端子間電圧の
差は、例えば、１２〔Ｖ〕である。この場合、バッテリ
３０２の電源電圧を４８〔Ｖ〕に、キャパシタ３０６の
端子間電圧を６０〔Ｖ〕にすることができる。前記イン
バータ３３６はバッテリ３０２からのＤＣ入力をＡＣ出
力の波形に変換する。
【００５５】例えば、インバータ３３６は直流入力を比
較的高い電圧の交流波形としてシヌソイド波形を発生さ
せ、直流電圧に変換してキャパシタ３０６に入力する。
このように、直流−交流−直流変換用のインバータ３３
６としては周知のものが使用される。そして、バッテリ
３０２の電源電圧とキャパシタ３０６の端子間電圧の差
を吸収するためにダイオード３４２が配設され、該ダイ
オード３４２は、例えば、１２〔Ｖ〕の電圧を降下させ
る。また、バッテリ３０２の電源電圧とダイオード３４
２の電圧が合わせられてキャパシタ３０６の端子間電圧
になる。
【００５６】しかしながら、キャパシタ３０６の端子間
電圧がバッテリ３０２の電源電圧より低くなると、電流
はダイオード３４２をバッテリ３０２からキャパシタ３
０６の方向にのみ流れる。この電力供給装置３００は、
バッテリ３０２の内部抵抗３０４の抵抗値Ｒi Ｂａｔに
対するキャパシタ３０６の内部抵抗３０８の抵抗値Ｒ i
Ｃの比が小さくても、必要最大電力をキャパシタ３０６
によって満たすことができる。この意味において、ダイ
オード３４２はキャパシタ３０６を選択的に充電する自
動スイッチとして機能する。
【００５７】本実施例において、電力供給装置３００は
発電機３１６を有しているが、必ずしも発電機３１６を
有する必要はない。回生手段３１２として直流モータ３
１０を直接使用することもできる。しかし、発電機３１
６を使用した場合、効率を高くすることができるととも
に、前記いずれの回路に接続することができる。なお、
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明
の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、それ
らを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における電力供給装置の
回路図である。
【図２】本発明の第２の実施例における電力供給装置の
回路図である。
【図３】本発明の第３の実施例における電力供給装置の
回路図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００ 電力供給装置 １０２，２０２，３０２ バッテリ １０４，１１４，２０４，２０８，３０４，３０８ 内
部抵抗 １１２，２０６，３０６ キャパシタ １０８，２１２，３１０ 直流モータ ２２８ チョッパ ３３６ インバータ Ｒi Ｂａｔ，Ｒi Ｃ 抵抗値

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の内部抵抗を有する電力供給源と、
    該電力供給源から電力が供給される負荷と、前記電力供
    給源と並列に接続されるとともに第２の内部抵抗を有す
    るキャパシタとを有するとともに、前記第１の内部抵抗
    の抵抗値に対する第２の内部抵抗の抵抗値の比を１より
    小さくしたことを特徴とする電力供給装置。
  2. 【請求項２】 電力供給源と、該電力供給源から電力が
    供給される負荷と、前記電力供給源と並列に接続された
    キャパシタと、電力供給源とキャパシタの間に配設さ
    れ、電力供給源から流れる電流を制限する電流制限手段
    とを有することを特徴とする電力供給装置。
  3. 【請求項３】 電力供給源と、該電力供給源から電力が
    供給される負荷と、前記電力供給源と並列に接続された
    キャパシタと、電力供給源とキャパシタの間に配設さ
    れ、キャパシタの電圧を電力供給源の電圧より高くする
    電圧変換手段とを有することを特徴とする電力供給装
    置。
JP25796893A 1993-03-18 1993-10-15 電力供給装置 Withdrawn JPH06270695A (ja)

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